Actuadores: Tipos y Funcionamiento

• Un actuador es un dispositivo que convierte energía (neumática, hidráulica, eléctrica) en movimiento físico para activar o controlar un mecanismo o sistema.
• El ejemplo más básico de actuador es el ser humano moviendo una palanca manualmente.
• Los tipos generales de actuadores son lineales (movimiento recto) y rotatorios (movimiento giratorio).

Actuadores Neumáticos

• Utilizan aire comprimido para funcionar.
• Son comunes en robótica y automatización.
• Los actuadores neumáticos son ligeros, compactos y rápidos.
• Operan bien hasta 120 °C y resisten sobrecargas.
• Su precisión es limitada debido a la compresibilidad del aire, aunque se puede mejorar con sensores de posición.
• Los actuadores lineales neumáticos son similares a un pistón.
• Los cilindros de doble efecto pueden moverse en ambas direcciones.
• Los actuadores rotatorios neumáticos generan movimiento giratorio.
• Los mecanismos comunes en actuadores rotatorios neumáticos incluyen piñón-cremallera, yugo escocés y veleta.
• Los actuadores rotatorios pueden girar 90° (cuarto de vuelta), 180° (media vuelta) o múltiples vueltas.
• La unidad básica de medida del par rotacional es el torque (lb-in, N-m).

Actuadores Hidráulicos

• Utilizan aceite a presión para funcionar.
• Son adecuados cuando se necesita precisión, fuerza y repetibilidad.
• No son ideales para movimientos extremadamente rápidos.
• Los cilindros hidráulicos proporcionan un movimiento lineal potente y se controlan con válvulas que dirigen el flujo de aceite.
• Los motores hidráulicos proporcionan movimiento rotatorio.
• Los motores hidráulicos de engranajes son económicos pero tienen bajo par de arranque.
• Los motores hidráulicos de aletas son similares a los neumáticos.
• Los motores hidráulicos de pistones son más costosos pero ofrecen mayor par y control.
• Los motores hidráulicos axiales ofrecen mayor velocidad, mientras que los radiales ofrecen alto par a bajas velocidades, siendo útiles en maquinaria industrial.

Sistemas de Transmisión y Conversión de Movimiento

• Se requiere un sistema de transmisión cuando el actuador no puede colocarse directamente en el lugar del movimiento.
• Los engranajes transmiten fuerza directamente sin deslizamiento en la transmisión de movimiento circular.
• Las correas dentadas permiten la separación entre ejes.
• Las cadenas son baratas y ruidosas, similares a los engranajes.
• Los cables son un sistema económico pero con algo de deslizamiento.
• El árbol articulado ofrece alto rendimiento y transmite torque incluso entre ejes no alineados.
• El sistema de biela-manivela es útil para convertir movimientos rotatorios en lineales y viceversa.
• En la conversión de movimiento circular a lineal, el tornillo sin fin tiene alta fricción (mejor con tornillos de bolas).
• La cremallera y el piñón tienen menos fricción y precisión media.
• Para la conversión de movimiento lineal a circular, se utilizan brazos articulados con rótulas.
• Los paralelogramos articulados amplifican el movimiento y mejoran el control.

Actuadores Eléctricos

• Son de instalación simple, limpios, baratos y fáciles de controlar.
• Utilizan motores eléctricos para convertir energía eléctrica en mecánica.

Motores de Corriente Continua (DC)

• Tienen un campo magnético (electroimán) y una armadura (bobinas).
• El campo magnético actúa como catalizador para transformar energía.
• La armadura convierte la energía eléctrica en movimiento del eje.
• La velocidad se controla modificando la tensión o la corriente.

Motores Paso a Paso (PaP)

• Funcionan con trenes de pulsos eléctricos.
• Cada pulso hace que el eje avance un paso.
• Permiten control de posición, control de velocidad y cambio de dirección.
• El paso puede variar desde 90° hasta 0.9°, dependiendo del diseño.
• Los motores PaP unipolares tienen dos bobinas con punto medio (4 bobinas en total), son más fáciles de controlar y tienen 5 o 6 cables.
• Los motores PaP bipolares tienen solo dos bobinas, sin punto medio, con 4 cables.
• Los motores PaP bipolares requieren inversión de polaridad para cambiar el campo magnético, ofreciendo mayor torque y eficiencia.
• Los motores PaP tienen velocidad limitada: si los pulsos son muy rápidos, pueden perder pasos y desincronizarse.